《顯示儀表》PPT課件.ppt

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1、第 四 章 顯 示 儀 表 內(nèi) 容 提 要 概 述 模 擬 式 顯 示 儀 表 動 圈 式 儀 表 自 動 電 子 電 位 差 計 自 動 電 子 平 衡 電 橋 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 特 點 及 分 類 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 基 本 組 成 新 型 顯 示 儀 表 無 筆 、 無 紙 記 錄 儀 虛 擬 顯 示 儀 表 概 述 凡 能 將 生 產(chǎn) 過 程 中 各 種 參 數(shù) 進(jìn) 行 指 示 、 記 錄 或 累 積 的 儀 表 。 顯 示 儀 表 一 般 都 裝 在 控 制 室 的 儀 表 盤 上 。 它 和 各 種 測 量元 件 或 變 送 單

2、 元 配 套 使 用 ； 又 能 與 控 制 單 元 配 套 使 用 ， 對生 產(chǎn) 過 程 中 的 各 參 數(shù) 進(jìn) 行 自 動 控 制 和 顯 示 。 模 擬 式 顯 示 儀 表數(shù) 字 顯 示 儀 表屏 幕 顯 示 儀 表 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表一 、 動 圈 式 顯 示 儀 表動 圈 式 顯 示 儀 表 是 一 種 發(fā) 展 較 早 的 模 擬 式 顯 示 儀 表 ， 常 與 熱電 偶 、 熱 電 阻 、 霍 爾 式 壓 力 變 送 器 等 配 合 使 用 ， 用 來 指 示 、調(diào) 節(jié) 溫 度 和 壓 力 等 工 藝 參 數(shù) 。l動 圈 式 顯 示 儀 表 由 測 量 線 路

3、和 測 量 機 構(gòu) 兩 大 部 分 組 成 。l動 圈 式 儀 表 按 其 功 能 可 分 為 指 示 型 （ XCZ型 ） 和 調(diào) 節(jié) 型（ XZT型 ） 。 按 其 輸 入 信 號 的 一 次 檢 測 元 件 不 同 可 分 為 熱 電偶 （ mV輸 入 ） 和 熱 電 阻 （ 電 阻 輸 入 ） 式 動 圈 儀 表 。 （ 1） 電 磁 力 矩 Mi與 通 過 動 圈 的 電 流 I成 正 比 關(guān)系 : Mi=C1I（ 2） 由 于 Mi作 用 ,使 動 圈 張 絲 產(chǎn) 生 的 反 力 矩 Mf與 動 圈 的 轉(zhuǎn) 動 角 度 成 正 比 ,即 Mf=C2（ 3） Mi=Mf =（ C1/

4、C2） *I=CI I=E(t ,t0)/R總 =CE(t,to)/R總 二 、 自 動 電 子 電 位 差 計是 用 來 測 量 直 流 電 壓 信 號 的 ， 凡 是 能 轉(zhuǎn)換 成 毫 伏 級 直 流 電 壓 信 號 的 工 藝 變 量 都 能 用 它 來 測 量 。 根 據(jù) 平 衡 法 將 被 測 電 勢 與 已 知 的 標(biāo) 準(zhǔn) 電 勢相 比 較 ， 當(dāng) 兩 者 的 差 值 為 零 時 ， 被 測 電 勢 就 等于 已 知 的 標(biāo) 準(zhǔn) 電 勢 。 圖 4-1 電 壓 平 衡 原 理 圖 CBCB IRU 0 檢條 件 ： IUE CBt測 量 時 ， 可 調(diào) 節(jié) 滑 動 觸 點 C的 位

5、 置 ， 使同 時 有 根 據(jù) 這 種 電 壓 平 衡 原 理 來 進(jìn) 行 工 作 。 用 可 逆 電 動 機 及 一 套 機 械 傳 動 機 構(gòu) 代 替 了 人 手 進(jìn)行 電 壓 平 衡 操 作 ； 用 放 大 器 代 替 了 檢 流 計 來 檢 測 不 平 衡 電 壓 并 控 制可 逆 電 機 的 工 作 。 圖 4-2 電 子 電 位 差 計 原 理 圖 電 子 電 位 差 計 既 保 持 了 手 動 電位 差 計 測 量 精 度 高 的 優(yōu) 點 ， 而 且 無須 用 手 去 調(diào) 節(jié) 就 能 自 動 指 示 和 記 錄被 測 溫 度 值 。 結(jié) 論 5圖 4-3 電 位 差 計 測 量

6、橋 路 原 理 圖 圖 4-2 電 子 電 位 差 計 原 理 圖（ 1） 冷 端 溫 度 補 償 問 題 舉 例 如 果 把 R 做 成 隨 溫 度 變 化 的 電 阻 ， 且 在 溫 度 從 0 升 高 到25 時 ， 其 阻 值 變 化 量 R2 0.5， 這 時 ， 電 阻 R2上 的 電 壓降 UDB也 增 大 ， UDB R2I2 1mV。 為 了 統(tǒng) 一 規(guī) 格 ， 上 支路 的 電 流 規(guī) 定 為 4mA（ 或 2mA） ， 下 支 路 電 流 規(guī) 定 2mA（ 或1mA） 。 因 為 測 量 橋 路 的 補 償 電 壓 UCD UCB UDB， 現(xiàn) 在UDB增 加 了 1mV

7、， 那 么 UCD就 會 減 少 1mV， 此 時 滑 動 觸 點 C的平 衡 位 置 不 需 變 化 。 由 于 UCD的 變 化 與 熱 電 勢 的 變 化 相 等 ，故 能 起 到 溫 度 補 償 作 用 ， 使 儀 表 的 指 示 值 基 本 不 受 冷 端 溫 度變 化 的 影 響 。 6 7 （ 2） 量 程 匹 配 問 題 圖 4-4 XW系 列 電 位 差 計 測 量 橋 路 原 理 圖R 2 冷 端 補 償 銅 電 阻 ； RM 量 程電 阻 ； RB 工 藝 電 阻 ； RP 滑 線電 阻 ； R4 終 端 電 阻 （ 限 流 電阻 ） ； R3 限 流 電 阻 ； RG

8、始 端電 阻 ； E 穩(wěn) 壓 電 源 1V； I1 上支 路 電 流 4mA； I2 下 支 路 電 流2mA R2銅 電 阻 裝 在 儀 表 后 接 線 板 上 以使 其 和 熱 電 偶 冷 端 處 于 同 一 溫 度 。 下 支 路 限 流 電 阻 R3 它 與 R2配 合 ，保 證 了 下 支 路 回 路 的 工 作 電 流 為2mA。 上 支 路 限 流 電 阻 R4 把 上 支 路 的工 作 電 流 限 定 在 4mA。 滑 線 電 阻 RP 儀 表 的 示 值 誤 差 、記 錄 誤 差 、 變 差 、 靈 敏 度 以 及 儀表 運 行 的 平 滑 性 等 都 和 滑 線 電 阻的

9、優(yōu) 劣 有 關(guān) 。 量 程 電 阻 RM 決 定 儀 表 量 程 大 小的 電 阻 。 始 端 （ 下 限 ） 電 阻 RG 大 小 取 決 于測 量 下 限 的 高 低 。 測 量 橋 路放 大 器可 逆 電 機指 示 機 構(gòu)記 錄 機 構(gòu) 圖 4-5 電 子 電 位 差 計 方 框 原 理 圖 二 、 自 動 電 子 平 衡 電 橋 9 利 用 平 衡 電 橋 來 測 量 熱 電 阻 變 化 。圖 4-6 平 衡 電 橋 當(dāng) 被 測 溫 度 為 下 限 時 ， Rt有 最小 值 Rt0， 滑 動 觸 點 應(yīng) 在 RP的 左 端 ，此 時 電 橋 的 平 衡 條 件 是 423 0 RRRR

10、R Pt （ 4-3） 滑 動 觸 點 B的 位 置 就 可 以 反 映 電 阻 的 變 化 ， 亦 即 反映 了 溫 度 的 變 化 。 并 且 可 以 看 到 觸 點 的 位 移 與 熱 電 阻的 增 量 呈 線 性 關(guān) 系 。 結(jié) 論 14213 0 rRRrRRRR Ptt tt RRR RrrRRrRR 32 3112313當(dāng) 被 測 溫 度 升 高 后 的 平 衡 條 件 是 （ 4-4）用 式 （ 4-4） 減 式 （ 4-3） ， 則 得 （ 4-5）10 11 圖 4-7 自 動 平 衡 電 橋 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 圖 4-8 自 動 電 子 平 衡 電 橋 方 框 圖 為

11、了 準(zhǔn) 確 地 指 示 出 被 測 溫 度 的 數(shù) 值 ， 將 熱 電 阻 的 連接 采 用 三 線 制 接 法 ， 并 加 外 接 調(diào) 整 電 阻 。 12與 這 兩 種 儀 表 配 套 的 測 溫 元 件 （ 熱 電 偶 、 熱 電 阻 ）在 外 形 結(jié) 構(gòu) 上 十 分 相 似 。儀 表 的 外 形 及 其 組 成 ： 如 放 大 器 、 可 逆 電 機 、 同 步電 機 及 指 示 記 錄 部 分 都 是 完 全 相 同 的 。 它 們 的 輸 入 信 號 不 同 。兩 者 的 作 用 原 理 不 同 。當(dāng) 用 熱 電 偶 配 電 子 電 位 差 計 測 溫 時 ， 其 測 量 橋 路

12、需要 考 慮 熱 電 偶 冷 端 溫 度 的 自 動 補 償 問 題 ； 而 用 熱 電阻 配 電 子 平 衡 電 橋 測 溫 時 ， 則 不 存 在 這 個 問 題 。測 溫 元 件 與 測 量 橋 路 的 連 接 方 式 不 同 。 13 將 輸 入 信 號 通 過 由 許 多 發(fā) 光 二 極 管 組 成 的 光 柱 顯 示出 來 ， 具 有 顯 示 醒 目 、 形 象 直 觀 、 精 度 穩(wěn) 定 的 特 點 。 14 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表一 、 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 特 點 及 分 類 清 晰 直 觀 、 讀 數(shù)方 便 、 不 會 產(chǎn) 生 視差 。 線 路 簡

13、 單 、 可 靠性 好 、 耐 振 性 好 。 有 利 于 制 造 、 調(diào)試 和 維 修 ， 降 低 生產(chǎn) 成 本 。 按 輸 入 信 號 的 形 式 來 分 ， 有 電 壓型 和 頻 率 型 兩 類 。 按 被 測 信 號 的 點 數(shù) 來 分 ， 它 又 可分 成 單 點 和 多 點 兩 種 。 根 據(jù) 儀 表 所 具 有 的 功 能 ， 又 可 分為 數(shù) 字 顯 示 儀 、 數(shù) 字 顯 示 報 警 儀 、數(shù) 字 顯 示 輸 出 儀 、 數(shù) 字 顯 示 記 錄 儀以 及 具 有 復(fù) 合 功 能 的 數(shù) 字 顯 示 報 警 輸 出 記 錄 儀 等15 圖 4-9 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 分

14、 類 圖16 二 、 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 基 本 組 成圖 4-10 數(shù) 顯 儀 表 組 成 結(jié) 構(gòu) l數(shù) 字 式 儀 表 的 原 理 ： 被 測 參 數(shù) 經(jīng) 檢 測 元 件 和 變 送 器 轉(zhuǎn) 換 成 相 應(yīng) 的 電 信號 ， 首 先 輸 入 到 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 前 置 放 大 器 進(jìn) 行 放大 ， 然 后 經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換 成 為 數(shù) 字 信 號 。 由 于 輸 入 到 前 置 放大 器 輸 入 端 的 電 模 擬 量 與 被 測 變 量 之 間 可 能 具 有 非 線性 關(guān) 系 ， 而 儀 表 顯 示 的 數(shù) 字 量 與 被 測 變 量 之 間 應(yīng) 是 一一

15、對 應(yīng) 的 比 例 關(guān) 系 ， 所 以 ， 在 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 中 設(shè) 有非 線 性 補 償 和 標(biāo) 度 變 換 環(huán) 節(jié) ， 以 便 對 測 量 信 號 進(jìn) 行 線性 化 處 理 和 對 種 比 例 系 數(shù) 進(jìn) 行 標(biāo) 度 變 換 。 （ 1） 信 號 變 換 電 路l將 生 產(chǎn) 過 程 中 的 工 藝 變 量 經(jīng) 過 檢 測 變 送 后 的 信 號 ， 轉(zhuǎn)換 成 相 應(yīng) 的 電 壓 或 電 流 值 。（ 2） 前 置 放 大 電 路l輸 入 信 號 往 往 很 小 ， 必 須 經(jīng) 前 置 放 大 電 路 放 大 至 伏 級電 壓 幅 度 ， 同 時 可 在 前 置 放 大 電 路

16、 中 加 上 一 些 濾 波 電 路 。 （ 3） 非 線 性 校 正 或 開 方 運 算 電 路l信 號 經(jīng) 過 非 線 性 校 正 電 路 的 處 理 后 成 線 性 特 性 ， 以 提 高 儀 表 測 量精 度 。l開 方 運 算 電 路 的 作 用 是 將 來 自 差 壓 變 送 器 的 差 壓 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 流 量值（ 4） 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路 （ A/D轉(zhuǎn) 換 ）l數(shù) 顯 儀 表 的 輸 入 信 號 多 數(shù) 為 連 續(xù) 變 化 的 模 擬 量 ， 需 經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換 電 路將 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 成 斷 續(xù) 變 化 的 數(shù) 字 量 ， 再 加 以 驅(qū) 動 ， 點 燃 數(shù)

17、 碼 管 進(jìn) 行數(shù) 字 顯 示 。 因 此 A/D轉(zhuǎn) 換 是 數(shù) 量 儀 表 的 核 心 。（ 5） 標(biāo) 度 變 換 電 路l將 顯 示 儀 表 的 顯 示 值 和 被 測 原 始 參 數(shù) 值 統(tǒng) 一 起 來 ， 使 儀 表 能 以 工 程 量 形 式 顯 示 被 測 參 數(shù) 的 大 小 。 （ 3） 非 線 性 校 正 或 開 方 運 算 電 路l信 號 經(jīng) 過 非 線 性 校 正 電 路 的 處 理 后 成 線 性 特 性 ， 以 提 高 儀 表 測 量精 度 。l開 方 運 算 電 路 的 作 用 是 將 來 自 差 壓 變 送 器 的 差 壓 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 流 量值（ 4） 模

18、數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路 （ A/D轉(zhuǎn) 換 ）l數(shù) 顯 儀 表 的 輸 入 信 號 多 數(shù) 為 連 續(xù) 變 化 的 模 擬 量 ， 需 經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換 電 路將 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 成 斷 續(xù) 變 化 的 數(shù) 字 量 ， 再 加 以 驅(qū) 動 ， 點 燃 數(shù) 碼 管 進(jìn) 行數(shù) 字 顯 示 。 因 此 A/D轉(zhuǎn) 換 是 數(shù) 量 儀 表 的 核 心 。（ 5） 標(biāo) 度 變 換 電 路l將 顯 示 儀 表 的 顯 示 值 和 被 測 原 始 參 數(shù) 值 統(tǒng) 一 起 來 ， 使 儀 表 能 以 工 程 量 形 式 顯 示 被 測 參 數(shù) 的 大 小 。 （ 6） 數(shù) 字 顯 示 電 路 及 光 柱 電 平

19、驅(qū) 動 電 路l數(shù) 字 顯 示 方 法 很 多 ， 常 用 的 有 發(fā) 光 二 極 管 顯 示 器 （ LED） 和 液 晶 顯示 器 （ LCD） 等 。 光 柱 電 平 驅(qū) 動 電 路 是 將 測 量 信 號 與 一 組 基 準(zhǔn) 值 比 較 ，驅(qū) 動 一 列 半 導(dǎo) 體 發(fā) 光 管 ， 使 被 測 值 以 光 柱 的 高 度 或 長 度 形 式 進(jìn) 行 顯示 。（ 7） V/I轉(zhuǎn) 換 電 路 和 控 制 電 路l數(shù) 顯 儀 表 除 了 可 以 進(jìn) 行 數(shù) 字 顯 示 外 ， 還 可 以 直 接 將 被 電 壓 信 號 通過 V/I轉(zhuǎn) 換 電 路 轉(zhuǎn) 換 成 0-10mA或 4-20mA直

20、流 電 流 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號 ， 以 便 使 數(shù)顯 儀 表 可 與 電 動 單 元 組 合 儀 表 、 可 編 程 序 控 制 器 或 計 算 機 使 用 。 第 三 節(jié) 新 型 顯 示 儀 表一 、 無 筆 、 無 紙 記 錄 儀 以 CPU為 核 心 采 用 液 晶 顯 示 的 記 錄 儀 ， 直 接 把 記 錄 信號 轉(zhuǎn) 化 成 數(shù) 字 信 號 后 ， 送 到 隨 機 存 儲 器 加 以 保 存 ， 并在 大 屏 液 晶 顯 示 屏 上 加 以 顯 示 。 圖 4-11 無 筆 、 無 紙 記 錄 儀 的 原 理 方 框 圖 二 、 虛 擬 顯 示 儀 表 比 較 簡 單 ， 僅 由 原 有 意 義 上 的 采 樣 、 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路 通 過輸 入 通 道 插 卡 插 入 計 算 機 即 可 。 在 計 算 機 屏 幕 上 完 全 模 仿 實 際 使 用 中 的 各 種 儀 表 。 19